Güneş Enerjili Yeni Tip Bir Kurutucuda Granny Smith Elmanın Kuruma Davranışının İncelenmesi

Year 2021, Volume: 21 Issue: 4, 945 - 957, 31.08.2021

Doğan Burak Saydam , Kamil Neyfel Çerçi , Ertaç Hürdoğan

https://doi.org/10.35414/akufemubid.889551

Cited By: 2

Abstract

Tarımsal ürünlerin kurutularak dayanaklığının arttırılması ve kalitenin yükseltilmesi yöntemi, ilk çağlardan beri uygulanmakta olan en eski ve en yaygın gıda saklama yöntemidir. Kurutma işlemi, direk güneş altında açık sergi yöntemi ile yapılabileceği gibi teknik ekipmanlar ve metotlar kullanılarak da yapılabilir. Bu çalışmada, yeni tip bir kabin tasarımına sahip güneş enerji destekli kurutucuda kurutulan Granny Smith elmanın kuruma performansı deneysel olarak incelenmiştir. Çalışmada ayrıca deneylerden elde edilen verilerle belirlenen nem oranı (MR) için matematiksel ve Gauss Proses Regresyonu (GPR) kullanılarak tahminsel modeller oluşturulmuştur. İki gün kesintisiz devam eden kurutma işlemi sırasında sıcaklık, nem ışınım ve ağırlık gibi farklı parametreler ölçülmüştür. Deneyler sonucunda; ürünlerin kuruma davranışının iklim şartlarına bağlı olarak değiştiği görülmüştür. İlk ürün ağırlığı 1400 gr olan Granny Smith elmalardan iki günlük deney sonucunda yaklaşık 1100 gr nem çekilmiştir. Yapılan hesaplamalar sonucunda, kurutulan elma dilimlerinin ortalama kuruma hızı 0,0017 (grsu/grkm)/dk, en yüksek kuruma hızı ise 0,0094 (grsu/grkm)/dk olarak tespit edilmiştir. MR için matematiksel olarak oluşturulan ince tabaka kuruma modelleri arasında en iyi tahmin Sigmoid matematiksel modeli ile elde edilmiştir. MR’nin dört farklı GPR yöntemi ile tahmin edilmesinin sonucunda ise en iyi yakınsamanın Experimental GPR’de olduğu görülmüştür.

Keywords

Kurutma, Granny Smith Elma, Güneş Enerjisi, Osmaniye

Supporting Institution

Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi (OKÜBAP)

Project Number

OKÜBAP-2014-PT3-032

Thanks

Bu çalışma Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi (OKÜBAP) tarafından OKÜBAP-2014-PT3-032 numaralı proje kapsamında desteklenmiştir. Desteklerinden dolayı OKÜBAP’a teşekkür ederiz.

Investigation of Drying Behavior of Granny Smith Apple in a Novel Solar Drier

Abstract

The method of increasing the durability and increasing the quality by drying agricultural products is the oldest and most common food storage method that has been applied since ancient times. Drying can be done under direct sunlight by open exhibition method or by using technical equipment and methods. In this study, the drying performance of Granny Smith apple dried in a solar energy assisted dryer with a novel type of cabinet design was experimentally investigated. In the study, mathematical and predictive models were created using Gaussian Process Regression (GPR) for moisture ratio (MR) determined by the data obtained from experiments. During the uninterrupted drying process for two days, different parameters such as temperature, humidity, radiation and weight were measured. As a result of the experiments; It has been observed that the drying behavior of the products changes depending on the climatic conditions. Approximately 1100 g of moisture was removed from Granny Smith apples with a product weight of 1400 g after two days of experiment. As a result of the calculations, the average drying rate of apple slices was determined as 0,0017 (grw/grdm)/min, and the highest drying rate was determined as 0,0094 (grw/grdm)/min. Among the mathematically generated thin layer drying models for MR, the best estimate was obtained with the Sigmoid mathematical model. As a result of the estimation of MR by four different GPR methods, it was seen that the best convergence was in Experimental GPR.

Keywords

Drying, Granny Smith Apple, Solar Energy, Osmaniye

Project Number

OKÜBAP-2014-PT3-032

References

• Akman, H., Çerçi, K, Hürdoğan, E., ve Büyükalaca, O. 2018. Güneş Enerjisi Destekli Bir Kurutma Sisteminin Tasarımı, İmalatı ve İlk Ölçüm Sonuçlarının Değerlendirilmesi. Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 1 (1), 1-9.
• Akman, H. 2017. Güneş Enerjisi Destekli Bir Kurutma Sisteminin Termodinamik Analizi. Yüksek Lisans Tezi, Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Osmaniye, 66.
• Akpinar, E. K., Toraman, S., 2016. Determination of drying kinetics and convective heat transfer coefficients of ginger slices, Heat and Mass Transfer/Waerme- und Stoffuebertragung, 52 (10), 2271–2281.
• Aktaş, M., Ceylan, İ., ve Yilmaz, S. 2009. Determination of drying characteristics of apples in a heat pump and solar dryer. Desalination, 266–275.
• Aktaş, M., Şevik, S., Doğan, H., ve Öztürk, M. 2012. Fotovoltaik ve Termal Güneş Enerjili Sürekli Bir Kurutucuda Domates Kurutulması. Tarım Bilimleri Dergisi, 287-298.
• Atalay, H., Çoban, M. T., ve Kıncay, O. 2017. Modeling of the drying process of apple slices: Application with a solar dryer and the thermal energy storage system. Energy, 382-391.
• Bruce, D. M. 1985. Exposed-layer barley drying: Three models fitted to new data up to 150°C, Journal of Agricultural Engineering Research, 32 (4), 337–348,
• Cano, L. B., Verdugo, A. S., Gutierrez, L. G., ve Rivas, U. R. 2016. Modeling the thin-layer drying process of Granny Smith apples: Application in an indirect solar dryer. Applied Thermal Engineering, 1086–1094.
• Çelen, S., Arda, O. S., ve Karataşer, M. A. 2018. Güneş Enerji Destekli Mikrodalga Konveyör Kurutucu Kullanılarak Kuruma Davranışının Modellenmesi. El-Cezeri Fen ve Mühendislik Dergisi, 267-271.
• Çerçi, K., Süfer, Ö., Söyler, M., Hürdoğan, E., ve Özalp, C. 2018. Thın Layer Dryıng Of Zucchını In Solar Dryer Located In Osmanıye Regıon. Tehnıčkı Glasnık, 79-85
• Corzo, O., Bracho, N., Pereira, A., Vásquez, A., 2008. Weibull distribution for modeling air drying of coroba slices, LWT - Food Science and Technology, 41 (10), 2023–2028.
• Dalvand, M., ve Mohtasebi, S., Rafiee, S., 2012. Determining the influence of drying conditions on EHD drying process, Journal of Agricultural and Biological Science, 7, 396–401.
• Diamante, L., ve Munro, P., 1991. Mathematical modelling of hot air drying of sweet potato slices, International Journal of Food Science and Technology, 26, 99–109.
• Erbay, Z., ve Icier, F., 2010. A review of thin layer drying of foods: Theory, modeling, and experimental results, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 50 (5), 441–464,
• Erdoğan, E., Adanacıoğlu, H., ve Örmeci Kart, M. Ç. 2016. Elma Üretiminde Pazarlama Etkinliğinin Belirlenmesi Üzerine Bir Araştırma: Isparta Senirkent İlçesi Örneği. KSÜ Doğa Bilimleri Dergisi, 152-159
• Figiel, A., 2009. Drying kinetics and quality of vacuum-microwave dehydrated garlic cloves and slices, Journal of Food Engineering, 94 (1), 98–104,
• Henderson, S., ve Pabis, S., 1961. Grain drying theory I: temperature effect on drying coefficient, Journal of Agricultural Engineering Research, 6, 169–174,
• Henderson, S. M., 1974. Progress in Developing the Thin Layer Drying Equation., Transactions of the American Society of Agricultural Engineers, 17 (6), 1–3.
• Heybeli, N., ve Ertekin, C. 2007. Elma dilimlerinin ince tabaka halinde kuruma karakteristiği. Tarım Makinaları Bilimi Dergisi, 3, 179-187.
• Hii, C. L., Law, C. L., ve Cloke, M., 2009. Modeling using a new thin layer drying model and product quality of cocoa, Journal of Food Engineering, 90 (2), 191–198.
• Holman JP. 2001. Experimental methods for engineers. 8th ed, Marty Lange (Editor-in-Chief), McGraw Hill, 63-65.
• Karasu, S., Altan, A., Sarac, Z., ve Hacioglu, R. 2017. Prediction of solar radiation based on machine learning methods. The journal of cognitive systems, 2 (1), 16-20.
• Kavak Akpınar, E., ve Biçer, Y. 2003. Siklon Tipi Bir Kurutucuda Kabağın Kuruma Davranışının İncelenmesi. G.Ü. Fen Bilimleri Dergisi, 159-169.
• Lemus-Mondaca, R., Miranda, M., Andres Grau, A., Briones, V., Villalobos, R., Vega-Gálvez, A., 2009. Effect of osmotic pretreatment on hot air-drying kinetics and quality of Chilean papaya (Carica pubescens), Drying Technology, 27 (10), 1105–1115,
• Lingayat, A., (2020). Chandramohan, V. P., Raju, V. R. K., ve Kumar, A. Development of indirect type solar dryer and experiments for estimation of drying parameters of apple and watermelon. Thermal Science and Engineering Progress, 16, 100477.
• Liu, T., Wei, H., ve Zhang, K. 2018. Wind power prediction with missing data using Gaussian process regression and multiple imputation. Applied Soft Computing, 71, 905-916.
• Mengeş, H. O., Ertekin, C., ve Aydın, C. 2005. Elma Dilimlerinin Konveksiyonla Kurumasına Uygun Kuruma Modelinin Belirlenmesi. Tarım Makinaları Bilimi, 229-236.
• Moussaoui, H., Bahammou, Y., Tagnamas, Z., Kouhila, M., Lamharrar, A., ve Idlimam, A. 2021. Application of solar drying on the apple peels using an indirect hybrid solar-electrical forced convection dryer. Renewable Energy, 168, 131-140.
• Noomhorn, A., Verma, L., 1986. Generalized single-layer rice drying models, Transactions of the ASAE, 29, 587–591.
• Özgen, F. 2014. Elma Kurutulmasında Kullanılan Konvektif Tip Bir Kurutma Sisteminin Tasarımı. Mühendis ve Makina, 42-49.
• Page, G., 1949. Factors influencing the maximum rates of air drying shelled corn in thin layers, Purdue Üniversitesi, Amerika.
• Sharaf-Eldeen, Y., Blaisdell, J., ve Hamdy, M., 1980. A model for ear corn drying, Transaction of the ASAE, 23 (5), 1261–1271.
• Sharifzadeh, M., Sikinioti-Lock, A., ve Shah, N. 2019. Machine-learning methods for integrated renewable power generation: A comparative study of artificial neural networks, support vector regression, and Gaussian Process Regression. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 108, 513-538.
• Sharma, G. P., ve Prasad, S., 2004. Effective moisture diffusivity of garlic cloves undergoing microwave-convective drying, Journal of Food Engineering, 65 (4), 609–617,
• Sreekumar, A., Manikantan, P. E., ve Vijayakumar, K. P. 2008. Performance of indirect solar cabinet dryer. Energy Conversion and Management, 49(6), 1388-1395.
• Tarhan, S., Ergüneş, G., Güneş, M., ve Mutlu, A. 2009. Farklı Kurutma Koşullarının Amasya Elmasının Kuruma Süresi ve Kalitesi Üzerine Etkisi. Tarım Bilimleri Araştırma Dergisi, 1-6.
• Tırıs, M., Tırıs , Ç., ve Erdallı, Y. 1997. Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemleri. TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Enerji Sistemleri ve Araştırma Enstitüsü, Gebze, 128-131.
• Togrul, I. T., Pehlivan, D., 2002. Mathematical modelling of solar drying of apricots in thin layers, Journal of Food Engineering, 55 (3), 209–216,
• Tokdemir M., Boran K., Aktaş M., ve Alkaç S. P., 2018. Isı pompalı kurutma tekniği ile toz elma ve elma cipsi üretimi: performans analizi, Politeknik Dergisi, 21(4): 887-894,
• Ullah, F., ve Kang, M. 2017. Impact of air flow rate on drying of apples and performance assessment of parabolic trough solar collector. Applied Thermal Engineering, 275–280.
• Verma, L., Bucklin, R., Endan, J., Wratten F.T, 1985. Effects of drying air parameters on rice drying models, Transaction of the ASAE, 28, 296–301,
• Wang, C. Y., & Singh, R. P. 1978. Use of variable equilibrium moisture content in modelling rice drying. Transactions of the ASAE, 11, 668–672.
• Wang, Z., Sun, J., Liao, X., Chen, F., Zhao, G., Wu, J., ve Hu, X. 2007. Mathematical modeling on hot air drying of thin layer apple pomace. Food Research International, 40(1), 39-46.
• White, G. M., Ross, I. J., ve Poneleit, C. G., 1981. Fully-Exposed Drying of Popcorn., Transactions of the American Society of Agricultural Engineers, 24 (2), 466–468.
• Yaldiz, O., ve Ertekin, C., 2001. Thin layer solar drying of some vegetables, Drying Technology, 19 (3–4), 583–597.